天然硬石膏水化硬化及活性激發(fā)研究.pdf

1、我國石膏資源以硬石膏為主，且品位高，分布廣，其儲量居世界第一。硬石膏溶解度大于二水石膏，其水化反應(yīng)是熱力學(xué)自發(fā)過程，即硬石膏具備膠凝性。但硬石膏結(jié)構(gòu)致密、溶解緩慢、水化活性很低，大多數(shù)作為廢棄物拋棄，不僅占用土地，增加費用，而且造成環(huán)境污染?；钚约ぐl(fā)是硬石膏資源化成效的關(guān)鍵。
　　 通過硬石膏水化率、水化溫升、粒度分析、SEM、XRD微結(jié)構(gòu)分析、液相離子濃度測定等，結(jié)合宏觀性能試驗，對硬石膏水化硬化歷程、pH值、溫度和雜質(zhì)對其性

2、能影響、粉磨、煅燒物理活化、助磨劑助磨分散作用、硫酸鹽激發(fā)作用及其作用機理、非硫酸鹽激發(fā)作用、無機活性材改性、膠結(jié)材配制進行了系統(tǒng)、深入研究。
　　 天然硬石膏水化硬化緩慢，其水化始終在低飽和度下進行，這是導(dǎo)致硬石膏水化程度低、晶體粗大、接觸點少、凝結(jié)時間長、強度低的主要原因。pH值為酸性條件下溶液的過飽和度最大，有利于硬石膏的水化和結(jié)晶，其水化率和強度均較高。提高水化溫度將使硬石膏溶解度降低，導(dǎo)致過飽和度降低，水化率減小，中后

3、期尤其明顯。硬石膏中含有的二水石膏在水化早期可快速溶解提高漿體的初始過飽和度，并起到晶種作用，對析晶有利，但后期影響不大。Na、Al等可溶性鹽雜質(zhì)快速溶解，因為陽離子的溶劑化效應(yīng)，且提高了液相中SO42-濃度和過飽和度，因此可加速硬石膏的水化。
　　 隨著比表面積的增大，硬石膏晶粒細(xì)化，晶體形貌有所改善，水化程度提高，硬化體的強度提高。但細(xì)度越大，粉磨能耗也越大，其水化需水量增加，強度降低。因此硬石膏的細(xì)度不宜過大，以450～5

4、00 m2/kg之間為宜。FDN具有較好助磨分散和減水增強作用，適宜摻量為0.5％，可作為必備組分助磨劑使用。
　　 煅燒可顯著提高硬石膏的溶解水化活性，其中的CaSO4·2H2O脫水生成β-CaSO4·1/2H2O，快速水化后生成的二水石膏晶體對硬石膏的水化產(chǎn)生晶種誘導(dǎo)效應(yīng)，同時CaSO4·2H2O、MgCO3和CaCO3等礦物發(fā)生分解，使硬石膏結(jié)構(gòu)松弛，易磨性提高，比表面積增大，促進了硬石膏的溶解，提高了液相過飽和度，硬石膏

5、水化進程明顯加快，水化率增大，強度提高。煅燒溫度以150℃為宜。
　　 硫酸鹽激發(fā)劑使硬石膏溶解速率明顯加快，凝結(jié)時間顯著縮短，水化率顯著提高，水化放熱集中，水化溫度升高，硬石膏水化進程大大加快，硬化體強度成倍提高，是硬石膏活性激發(fā)的高效激發(fā)劑。硫酸鹽促進硬石膏溶解，抑制了二水石膏溶解；提高二水石膏析晶過飽和度，使二水石膏晶體成核與生長速率加快，晶體尺寸細(xì)化，晶體間相互搭接增強，硬化體強度顯著提高；形成富SO42-液相，有利于二

6、水石膏晶體結(jié)構(gòu)基元的形成，增加二水石膏晶體成核中心，改變了二水石膏晶體生長習(xí)性；削弱溶劑水的氫鍵作用，使其溶解能力提高。硫酸鹽也會增長硬石膏體積膨脹，體積穩(wěn)定性下降，并且會出現(xiàn)返霜、起泡等不利影響。大多數(shù)復(fù)合激發(fā)劑激發(fā)效果優(yōu)于單獨激發(fā)，尤其以3％煅燒明礬和1％Na2SO4復(fù)合激發(fā)的效果最好，但存在后期膨脹的負(fù)面影響。
　　 Na2C2O4是硬石膏高效激發(fā)劑，對硬石膏膨脹有一定抑制作用，其適宜摻量在2％以內(nèi)。Na2C2O4、K2C

7、r2O7、Na2SiO3等非硫酸鹽除了陽離子的溶劑化效應(yīng)外，陰離子與Ca2+反應(yīng)，生成難溶鹽，形成富SO42-濃度的液相，促進了硬石膏溶解，使硬石膏凝結(jié)時間縮短、水化熱集中，水化率提高、水化進程加快，硬化體結(jié)構(gòu)致密，晶體細(xì)化，硬化體強度提高。
　　 SO42-對二水石膏晶體成核與生長的影響明顯大于Ca2+，凡是能形成富SO42-液相組成提高液相過飽和度的可溶鹽對硬石膏水化活性具有較好的激發(fā)作用。
　　 硬石膏水化過程與礦